[發明專利]一種復雜產品裝配生產線數字孿生系統

有效

• 申請號: 202010187646.0
• 申請日: 2020-03-17
• 公開（公告）號: CN111413887B
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發明（設計）人: 劉振宇;何鑫;胡偉飛;譚建榮;楊明
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G05B17/02
• 分類號: G05B17/02
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 邱啟旺

1.一種復雜產品裝配生產線數字孿生系統，其特征在于，包括物理環境部分、虛實紐帶部分和虛擬環境部分；

所述物理環境部分為由物理實體組成的產品裝配生產線；

所述虛實紐帶部分負責物理環境部分與虛擬環境部分的數據交互，由物理數據接收模塊、物理數據打包模塊、物理數據發送模塊、虛擬數據接收模塊、虛擬數據解析模塊、虛擬數據發送模塊構成；

所述虛擬環境部分用于實時映射物理環境部分并進行產線報錯和校正，由孿生粒子模型和孿生數據處理模塊構成；

所述孿生粒子模型是利用三維建模渲染軟件構建的與物理環境下各物理實體一一對應的虛擬三維模型，孿生粒子模型中每個物理實體的虛擬三維模型為一個孿生粒子；

所述孿生數據處理模塊，由物理數據解析模塊、物理數據對象綁定模塊、物理數據驅動模塊、虛實映射顯示模塊、系統分析判斷模塊、決策生成模塊、指令生成模塊構成；

所述物理實體包括工件、工件載體、機械臂和氣缸；所述機械臂由連桿和夾具組成；所述氣缸由PLC控制；

所述物理數據接收模塊用于定時采集物理實體產生的數據，識別接收的數據類型，分類接收不同物理實體對應的數據，包括連桿關節角度、夾具開關信號和氣缸PLC信號；根據接收的數據創建機械臂群類和氣缸群類，并在機械臂群類中創建機械臂類；將采集的物理數據寫進對應的類中，并開發每一類數據相應的動態鏈接庫；

所述物理數據打包模塊對所述物理數據接收模塊創建的類分別創建對象，并進行二進制序列化存儲得到打包數據；

所述物理數據發送模塊創建定時器，設置數據的發送頻率，將打包數據發送至虛擬環境；

所述物理數據解析模塊將物理數據發送模塊發送的打包數據進行反序列化為對象，得到物理數據對象；

所述物理數據對象綁定模塊將物理數據解析模塊傳輸的物理數據對象進行分類，得到分別與連桿關節角度、夾具開關信號和氣缸PLC信號對應的物理數據對象，并與虛擬環境下對應的連桿孿生粒子、夾具孿生粒子和氣缸孿生粒子一一綁定；

所述物理數據驅動模塊構建機械臂孿生粒子運動模型和氣缸孿生粒子運動模型，將物理數據對象綁定模塊傳輸的與連桿孿生粒子和氣缸孿生粒子綁定的連桿關節角度和氣缸PLC信號對應的物理數據對象輸入機械臂孿生粒子運動模型和氣缸孿生粒子運動模型，并結合夾具開關信號對應的物理數據對象，利用三維建模渲染軟件驅動連桿孿生粒子、夾具孿生粒子和氣缸孿生粒子運動，生成仿真數據；

所述虛實映射顯示模塊根據物理數據驅動模塊傳輸的仿真數據將運動的孿生粒子模型可視化呈現；

所述系統分析判斷模塊分析物理數據驅動模塊傳輸的仿真數據得到診斷結果進行產線報錯；

所述決策生成模塊根據診斷結果及仿真數據找到導致產線報錯的物理實體，判斷如何進行修正生成執行決策；

所述指令生成模塊根據執行決策及仿真數據確定校正該物理實體產線報錯的修正值，生成對相關物理實體的運動指令并發送至虛實紐帶；

所述虛擬數據接收模塊對指令生成模塊發送的運動指令進行數據類型識別并分類為調整不同物理實體的運動指令；

所述虛擬數據打包模塊對運動指令涉及的物理實體的類創建對象，把運動指令中對物理實體修正值寫進對應的對象中，并把對象二進制序列化，存儲得到打包數據；

所述虛擬數據發送模塊創建定時器，設置數據的發送頻率，將虛擬數據打包模塊傳輸的打包數據發送至物理環境部分，控制相應的物理實體運動。

2.根據權利要求1所述復雜產品裝配生產線數字孿生系統，其特征在于，所述機械臂群類為屬于機械臂的數據類；所述機械臂類為屬于同一機器臂的連桿和夾具的數據類；所述氣缸群類為屬于氣缸的數據類。

3.根據權利要求1所述復雜產品裝配生產線數字孿生系統，其特征在于，所述機械臂孿生粒子運動模型為機械臂的正向運動學模型；

所述氣缸孿生粒子運動模型為：

速度×時間=氣缸運動的路程

根據氣缸運動的路程和氣缸的預設運動軌跡確定氣缸的位置。